چدنهای معمولی ( عمومی ) ( Ordinary cast iron ( General ) ) گروهی از چدنها هستند که بدلیل اشکال گرافیتی متفاوتی که دارند دارای خواص و کاربردهای گوناگونی هستند .
انواع چدنهای معمولی (عمومی)
چدنهای معمولی ( عمومی ) شامل چدنهای خاکستری ورقهای یا لایهای ( Flake graphite or Gray cast iron ) ، چدنهای مالیبل یا چکش خوار ( Malleable cast iron ) ، چدنهای گرافیت کروی یا نشکن ( ( Spheroidal graphite or Ductile cast iron ) spherical graphite ) و چدنهای گرافیت فشرده یا کرمی شکل ( Worm – shape or Compacted graphite cast iron ) هستند .
خواص چدنهای معمولی ( عمومی )
در ادامه متن به برخی از خواص چدنهای عمومی پرداخته شده است .
چدن خاکستری
چدن خاکستری با ریز ساختار گرافیتی شناسایی میشود . این چدنها سطوح شکست خاکستری رنگی دارند به همین دلیل به آنها چدن خاکستری میگویند . چدن خاکستری پرکاربردترین چدن در میان سایر چدنها است . این چدنها حاوی ۲.۵ الی ۴ درصد وزنی کربن ، ۱ الی ۳ درصد وزنی سیلیسیم و مابقی آهن هستند . چدن خاکستری که گروهی از چدنهای معمولی ( عمومی ) است ، مقاومت کششی و مقاومت به شوک کمتری نسبت به فولاد دارد ، اما مقاومت فشاری آن با فولاد کم کربن و فولاد با کربن متوسط قابل مقایسه و تقریبا برابر است . خصوصیات مکانیکی این چدنها با اندازه و شکل ورقهای گرافیت موجود در ریز ساختار کنترل میشوند و میتوانند طبق دستورالعملهای ارائه شده توسط ASTM مشخص شوند [۱] .
چدن مالیبل یا چکشخوار
چدن مالیبل به صورت چدن سفید ریخته گری میشود . برای این منظور این چدن به مدت یک یا دو روز در دمای ۹۵۰ درجه سانتی گراد تحت عملیات حرارتی قرار میگیرد و سپس در طی یک یا دو روز سرد میشود . در نتیجه ، کربن موجود در کاربید آهن به گرافیت و فریت به اضافه کربن ( آستنیت ) تبدیل میشود . به بیان دیگر چدن مالیبل که گروهی از چدنهای معمولی ( عمومی ) است ، در واقع همان چدن سفید است که تحت عملیات حرارتی آنیل طولانی مدت قرار میگیرد تا از سمنتیت موجود در چدن سفید ، گرافیت جوانه بزند و بصورت کروی رشد کند [۱] .
فرآیند آنیل آهسته به کشش سطحی اجازه میدهد تا ذرات گرافیتی کرویتری نسبت به گرافیت ورقهای ایجاد کند . بدلیل نسبت ابعادی کمتر این گرافیتها ( نسبت به گرافیتهای ورقهای ) ، این ذرات کوتاهتر بوده و با فاصلهی بیشتری از هم قرار دارند ؛ در نتیجه سطح مقطع کمتری در برابر رشد ترک یا فنون ( Phonon ) دارند . این گرافیتها همچنین بر خلاف گرافیتهای ورقهای ، مرزهای یکنواختتری دارند ( نوک تیز ندارد ) ؛ در نتیجه مشکلات ناشی از تمرکز تنش ( که در گرافیت لایهای وجود دارد ) را در چدن کاهش میدهند . به طور کلی ، خواص چدن مالیبل که گروهی از چدنهای معمولی ( عمومی ) است ، بیشتر شبیه فولاد نرم ( Mild steel ) است [۱] .
چدن داکتیل یا نشکن
چدن نشکن یا چدن با گرافیت کروی یا چدن نودولار ( Nodular ) در سال ۱۹۴۸ توسعه یافته است . همانطور که از نام این چدن مشخص است ، این چدن دارای گرافیت کروی است ؛ به همین دلیل مقاومت به ضربه و مقاومت به خستگی بیشتری نسبت به سایر چدنها دارند . درصد کربن موجود در این چدن برابر با ۳ الی ۴ درصد و درصد سیلیسیم آن بین ۱.۸ تا ۲.۸ درصد است . مقادیر اندکی از منیزیم ( حدود ۰.۰۲ تا ۰.۱ درصد ) و ۰.۰۲ تا ۰.۰۴ درصد سریم به این چدنها ( که گروهی از چدنهای معمولی ( عمومی ) است ) افزوده میشود تا رشد رسوبات گرافیت ، به وسیلهی اتصال لبهی صفحات گرافیت ، کند شود . کنترل دقیق سایر عناصر و زمان اجازه میدهد تا کربن به صورت ذرات کروی مجزا درآید . خصوصیات این چدن مانند چدن مالیبل است ، اما میتواند قطعاتی با مقاطع بزرگتر تولید کند [۱] .
چدن با گرافیت فشرده یا کرمی شکل
چدن گرافیت فشرده نیز گروهی از چدنهای معمولی ( عمومی ) است که ساختاری متفاوت از چدنهای خاکستری دارد و ذرات گرافیت در این چدن کوتاهتر و ضخیمتر از ذرات موجود در چدن خاکستری است [۲] .
جدول زیر خواص برخی از چدنهای معمولی را با هم مقایسه کرده است [۱] .
مقایسه خواص چدنهای معمولی [۱] .
نام | ترکیب اسمی ( درصد وزنی ) | شکل و شرایط | استحکام تسلیم ۰.۲ درصد (ksi) | استحکام کششی (ksi) | درصد ازدیاد طول (%) | سختی (برینل) |
چدن خاکستری (ASTM A48) | C=3.4 , Si=1.8 , Mn=0.5 | ریخته شده | ۵۰ | ۰.۵ | ۲۶۰ | |
چدن مالیبل (ASTM A47) | C=2.5 , Si=1.0 , Mn=0.55 | ریخته شده ( آنیل شده ) | ۳۳ | ۵۲ | ۱۲ | ۱۳۰ |
چدن نشکن | C=3.4 , P=0.1 , Mn=0.4 , Ni=1.0 , Mg=0.06 | ریخته شده | ۵۳ | ۷۰ | ۱۸ | ۱۷۰ |
چدن نشکن (ASTM A339) | ریخته شده (کوئنچ و تمپرشده) | ۱۰۸ | ۱۳۵ | ۵ | ۳۱۰ |
شکل زیر ریزساختار انواع چدنهای معمولی ( عمومی ) را نشان میدهد .
ریزساختار انواع چدنهای معمولی
کاربرد چدنهای معمولی ( عمومی )
برخی از کاربردهای چدنهای معمولی در ادامه بیان شده است .
چدن خاکستری در قطعات سیلندر موتور ، چرخ لنگر ( Flywheels ) ، گیربگس و ابزارهای ماشینی کاربرد دارد . چدن مالیبل در محورهای یاتاقان ، چرخهای شیاردار و میل لنگهای خودرو کاربرد دارد . چدن نشکن در چرخ دنده ، میل بادامک ، میل لنگ کاربرد دارد [۱] . چدن گرافیت فشرده در کاربردهایی که نیاز به استحکام بیشتر و وزن کمتری دارند قابل استفاده است [۲] .
چدنهای معمولی ( عمومی ) گروه بزرگی از چدنها هستند که چدنهای خاکستری ، چدنهای مالیبل ، چدنهای نشکن و چدنهای گرافیت فشرده را شامل میشوند . همه چدنهای معمولی دارای گرافیت هستند ؛ اما شکل گرافیتها در هر کدام متفاوت است . بسته به نوع گرافیت ، هر کدام از چدنها خواص و کاربردهای منحصر به فردی دارند .
منابع
[۱] “https://en.wikipedia.org/wiki/Cast_iron.” .
[۲] “https://en.wikipedia.org/wiki/Compacted_graphite_iron.” .